JP4601656B2 - Resin-sealed semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、放熱特性を要求される樹脂封止型半導体装置およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a resin-encapsulated semiconductor device that requires heat dissipation characteristics and a method for manufacturing the same.
近年、電子機器の小型・軽量化に対応するために、樹脂封止型半導体装置などの半導体部品の高密度実装が要求され、それにともなって、半導体部品の小型、薄型化が進んでいる。また、小型で薄型でありながら、多ピン化が進み、高密度の小型薄型の樹脂封止半導体装置が要望されている。そして、半導体素子の多機能化により、放熱特性が要求される機会が増えてきているため、高放熱を実現できるような薄型の樹脂半導体装置が要望され、さらには高密度実装化に伴い、実装基板に樹脂封止型半導体装置を搭載した際のその下面での基板配線が可能な構造が望ましい。 In recent years, in order to cope with the reduction in size and weight of electronic devices, high-density mounting of semiconductor components such as resin-encapsulated semiconductor devices is required, and along with this, semiconductor components are becoming smaller and thinner. In addition, while being small and thin, the number of pins has increased, and a high-density small and thin resin-encapsulated semiconductor device has been demanded. As the number of functions of semiconductor elements has increased, the demand for heat dissipation characteristics has increased, so a thin resin semiconductor device capable of realizing high heat dissipation has been demanded. A structure in which substrate wiring is possible on the lower surface when a resin-encapsulated semiconductor device is mounted on a substrate is desirable.
以下、従来の高放熱性を実現できる樹脂封止半導体装置について説明する。
図14は従来の樹脂封止型半導体装置を示す図であり、図14(a)は平面図、図14(b)は底面図、図14(c)は図14(b)のA−A1箇所の断面図である。
Hereinafter, a conventional resin-encapsulated semiconductor device capable of realizing high heat dissipation will be described.
14A and 14B are diagrams showing a conventional resin-encapsulated semiconductor device. FIG. 14A is a plan view, FIG. 14B is a bottom view, and FIG. 14C is A-A1 in FIG. 14B. It is sectional drawing of a location.
図14に示すように、リードフレームのダイパッド部101上に半導体素子102が搭載され、その半導体素子102とインナーリード部103とが金属細線104により電気的に接続されている。そして、ダイパッド部101上の半導体素子102、インナーリード部103の外囲は封止樹脂105により封止されている。また、封止樹脂105の側面とインナーリード部103の末端部は同一面に配置されているものであり、ダイパッド部101の底面が封止樹脂105から露出している樹脂封止型半導体装置である。また、インナーリード部103の先端部が外部端子106として露出しているものである。ダイパッド101が樹脂封止型半導体装置の裏面から露出している構造であることから、基板実装する際にダイパッド部をはんだ接合などにより基板と接続し、半導体素子の放熱を基板にて助長することが可能となり、高放熱性を実現することができる。
As shown in FIG. 14, the
次に、従来の樹脂封止型半導体装置の製造方法について説明する。
図15は従来の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
図15(a)はリードフレームの平面図、図15(b)はリードフレームの断面図である。まず、それに示すように、フレーム枠と、そのフレーム枠内に、半導体素子が搭載されるダイパッド部101と、ダイパッド部101を支持する吊りリード部と、半導体素子を搭載した場合、その搭載した半導体素子と金属細線等の接続手段により電気的接続をするビーム状のインナーリード部103とを有したリードフレームを用意する。
Next, a conventional method for manufacturing a resin-encapsulated semiconductor device will be described.
FIG. 15 is a process sectional view showing a conventional method for manufacturing a resin-encapsulated semiconductor device.
FIG. 15A is a plan view of the lead frame, and FIG. 15B is a cross-sectional view of the lead frame. First, as shown in the figure, when a frame frame, a
次に、図15(c)に示すように、リードフレームのダイパッド部101上に半導体素子102を接着剤により接合する(ダイボンド工程)。
次に、図15(d)に示すように、ダイパッド部101上に搭載した半導体素子102の表面の電極パッド(図示せず)と、リードフレームのインナーリード部103の先端部とを金属細線104により接続する(ワイヤーボンド工程)。
Next, as shown in FIG. 15C, the
Next, as shown in FIG. 15D, the electrode pad (not shown) on the surface of the
その後、図15(e)に示すように、封止シートをリードフレームに密着させた状態でダイパッド部101、半導体素子102、インナーリード部103の外囲を封止樹脂105により封止する。この工程ではリードフレームの底面に封止シートを密着させて封止しているので、ダイパッド部101の底面を除く領域、吊りリード部、半導体素子102、インナーリード部103の底面を除く領域、および金属細線104の接続領域を封止するものであり、封止後は封止樹脂105の底面からダイパッド部101の底面が露出した構成となる。その露出したダイパッド部101を、基板実装する際にはんだ接合などにより基板と接続し、半導体素子の放熱を基板にて助長することが可能となり、高放熱性を実現することができる(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、従来の樹脂封止型半導体装置およびその製造方法では、高放熱性を得るために、樹脂封止型半導体装置の裏面にダイパッド部が露出しているため、基板実装した際のダイパッドが位置する直下の基板には、配線を設置することが困難であり、高密度実装化が進む状況においては大きな問題となっていた。さらには、半導体素子を搭載したダイパッドを露出させるため、断面構造の位置関係より、封止樹脂の流れを上下に分断する構造となるため、樹脂封止の際に、樹脂封止型半導体装置上下のそれぞれ封止樹脂流動の速度に差異が発生し、半導体素子の下部において樹脂流動速度が減速し、半導体素子の上部において加速するため、エアの巻き込みが半導体素子の下部に残留し、封止樹脂の未充填やボイド等の成形品欠陥が発生し易いという問題点があった。また、従来の構造では、半導体素子上下の樹脂容積の差異が大きく、樹脂封止後に樹脂成形品の反りが大きくなり、リードの加工成形が困難であり、外部端子の平坦度を悪化させ、品質、信頼性上好ましくないという問題点があった。 However, in the conventional resin-encapsulated semiconductor device and its manufacturing method, the die pad portion is exposed on the back surface of the resin-encapsulated semiconductor device in order to obtain high heat dissipation. Therefore, it is difficult to install wiring on the substrate directly below, and this has been a big problem in the situation where high-density mounting is progressing. Furthermore, since the die pad on which the semiconductor element is mounted is exposed, the flow of the sealing resin is divided vertically from the positional relationship of the cross-sectional structure. A difference occurs in the flow rate of the sealing resin, and the flow rate of the resin is reduced at the lower part of the semiconductor element and accelerated at the upper part of the semiconductor element. There is a problem that defects in molded products such as unfilled and voids are likely to occur. Also, with the conventional structure, the resin volume difference between the top and bottom of the semiconductor element is large, the warpage of the resin molded product becomes large after resin sealing, the lead processing is difficult, the flatness of the external terminal is deteriorated, the quality There was a problem that it was not preferable in terms of reliability.
本発明は前記した従来の問題点を解決するものであり、ダイパッドが位置する直下の基板に配線することができ、封止樹脂の未充填やボイド等の成形品欠陥が発生し難く、リードの加工成形が容易であり、外部端子の平坦度を向上させることができるリードフレームを用いる樹脂封止型半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and can be wired to a substrate directly under the die pad, and is difficult to cause molding product defects such as unfilled sealing resin and voids. An object of the present invention is to provide a resin-encapsulated semiconductor device using a lead frame that can be easily processed and can improve the flatness of an external terminal, and a method for manufacturing the same.
前記従来の目的を達成するために、本発明の請求項1記載の樹脂封止型半導体装置は、吊りリードに連結され、半導体素子より面積が小さく、前記半導体素子を保持する保持部と、前記保持部に搭載した半導体素子と、前記保持部の周囲に配置され、前記半導体素子と金属細線により電気的に接続されるリード部と、外部と電気的に接続するための外部端子と、前記保持部の面積よりも大きい開口部を有して、前記リード部の底面と接着された放熱部材と、前記保持部、前記半導体素子および前記金属細線を封止する封止樹脂とからなり、前記保持部の直下に前記放熱部材の前記開口部が位置することを特徴とする。 In order to achieve the conventional object, a resin-encapsulated semiconductor device according to claim 1 of the present invention is connected to a suspension lead, has a smaller area than a semiconductor element, and holds the semiconductor element; A semiconductor element mounted on a holding part; a lead part arranged around the holding part and electrically connected to the semiconductor element by a thin metal wire; an external terminal for electrical connection to the outside; and the holding part The holding portion includes a heat dissipation member having an opening larger than the area of the portion and bonded to the bottom surface of the lead portion, and a sealing resin for sealing the holding portion, the semiconductor element, and the thin metal wire. The opening of the heat radiating member is located directly below the part.
請求項2記載の樹脂封止型半導体装置は、請求項1記載の樹脂封止型半導体装置において、前記保持部が吊りリードにより、リード部よりアップセットされていることを特徴とする。 A resin-encapsulated semiconductor device according to a second aspect is the resin-encapsulated semiconductor device according to the first aspect, wherein the holding portion is upset by a suspension lead from the lead portion.
請求項3記載の樹脂封止型半導体装置は、請求項1記載の樹脂封止型半導体装置において、前記放熱部材が前記封止樹脂により封止されていることを特徴とする。
請求項4記載の樹脂封止型半導体装置は、請求項1記載の樹脂封止型半導体装置において、前記放熱部材が前記放熱部材の底面が露出して、前記封止樹脂により封止されていることを特徴とする。
The resin-sealed semiconductor device according to
The resin-sealed semiconductor device according to claim 4 is the resin-sealed semiconductor device according to claim 1, wherein the heat radiating member is sealed with the sealing resin with a bottom surface of the heat radiating member exposed. It is characterized by that.
請求項5記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法は、フレーム枠と、前記フレーム枠に吊りリードに連結され、半導体素子より面積が小さく、前記半導体素子を保持する保持部と、前記保持部の周囲に配置されたリード部と、前記保持部の面積よりも大きい開口部を有して、前記リード部の底面と接着された放熱部材とからなるリードフレームを用意する工程と、前記保持部に前記半導体素子を接着剤により接合する工程と、前記半導体素子とリード部を金属細線により電気的に接続する工程と、前記保持部、前記半導体素子および前記金属細線を封止樹脂により封止する工程とからなり、前記封止樹脂により封止する工程で、前記半導体素子の直下においては前記放熱部材の下側の前記封止樹脂を前記放熱部材の前記開口部より侵入させ、前記放熱部材の上側より侵入する前記封止樹脂とを合流させることを特徴とする。
6. The method of manufacturing a resin-encapsulated semiconductor device according to
以上により、ダイパッドが位置する直下の基板に配線することができ、封止樹脂の未充填やボイド等の成形品欠陥が発生し難く、リードの加工成形が容易であり、外部端子の平坦度を向上させることができる。 As described above, wiring to the substrate directly under the die pad is possible, molding product defects such as unfilled sealing resin and voids are unlikely to occur, lead processing is easy, and the flatness of the external terminals is improved. Can be improved.
以上のように、本発明の樹脂封止型半導体装置及びその製造方法により、ダイパッドが位置する直下の基板に配線することができ、封止樹脂の未充填やボイド等の成形品欠陥が発生し難く、リードの加工成形が容易であり、外部端子の平坦度を向上させることができる。 As described above, the resin-encapsulated semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention can be wired to the substrate immediately below the die pad, resulting in molding product defects such as unfilled sealing resin and voids. It is difficult to process and form the lead easily, and the flatness of the external terminal can be improved.
以下、本発明のリードフレームとそれを用いる樹脂封止型半導体装置およびその製造方法の主とした実施形態について図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
まず、実施の形態1におけるリードフレームについて説明する。
Hereinafter, a lead frame, a resin-encapsulated semiconductor device using the lead frame, and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
First, the lead frame in the first embodiment will be described.
図1(a)は本発明の実施の形態1におけるリードフレームを示す平面図、図1(b)は本発明の実施の形態1におけるリードフレームの底面図、図1(c)は図1(a)のA−A1箇所の断面図である。 1A is a plan view showing a lead frame according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 1B is a bottom view of the lead frame according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. It is sectional drawing of AA1 location of a).
本発明の実施の形態1におけるリードフレームは、銅合金または42アロイ(Fe−Ni)等を材料とする通常のリードフレームに用いられている金属板よりなり、厚みは0.10mmから0.20mm程度である。また放熱板は銅合金よりなり同様な厚みで形成される。 The lead frame according to Embodiment 1 of the present invention is made of a metal plate used for a normal lead frame made of copper alloy or 42 alloy (Fe—Ni) or the like, and has a thickness of 0.10 mm to 0.20 mm. Degree. The heat sink is made of a copper alloy and has the same thickness.
リードフレームの構成はフレーム枠1と前記フレーム枠1内に、半導体素子からの放熱を助長する放熱部材2と、前記放熱部材2の周囲に配置され、半導体素子と金属細線等の接続手段により電気的に接続するインナーリード部3と、前記インナーリード部3の対向面となる底面の一部が外部端子4となり、前記放熱部材2の上部の半導体素子が搭載される領域に半導体素子を保持する保持部5と、前記保持部5は半導体素子の面積よりも小さく、前記放熱部材2に開口部6を設け、前記開口部6は半導体素子を保持する保持部5の面積よりも大きく、前記保持部5は吊りリード7によってフレーム枠1と連結されており、保持部5が頭頂部になるように吊りリード7がアップセット8され、アップセット8された保持部5は放熱部材2の開口部6に嵌めこまれ、放熱部材2上面より保持部5上面が高い位置であることを特徴とするリードフレームである。
The structure of the lead frame is arranged in the frame frame 1, in the frame frame 1, the
この構成により、放熱部材2を樹脂封止型半導体装置内に収めるため、高放熱性の実現と同時に、基板実装する際に樹脂封止型半導体素子直下においても基板の配線に自由度を持たせることが可能となる。
With this configuration, the
また、放熱部材2とアップセット8された吊りリード7の接触部分において、放熱部材2の開口部6のコーナー部は面取りされ、テーパー部9を有する。この加工により放熱部材2を安定させて位置決めできる。更にテーパー部9の部分で吊りリード7の接触面積を多く確保できるため、半導体素子から発熱する熱を放散できる。
Further, at the contact portion between the
図2は本発明の実施の形態1における樹脂封止型半導体装置を示す平面図および断面図である。図2(a)は本実施の形態の樹脂封止型半導体装置の平面図、図2(b)はその底面図、図2(c)は図2(b)のB−B1箇所の断面図、図2(d)は図2(b)のC−C1箇所の断面図である。 FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view showing the resin-encapsulated semiconductor device in the first embodiment of the present invention. 2A is a plan view of the resin-encapsulated semiconductor device of the present embodiment, FIG. 2B is a bottom view thereof, and FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line B-B1 in FIG. FIG. 2D is a cross-sectional view taken along the line C-C1 in FIG.
図2は図1のリードフレームを使用した樹脂封止型半導体装置であって、P−QFN(Plastic Qaud Flat Non−leaded Package)やP−ILGA(Plastic Interstitial Land Grid Array Package)と呼称される。本実施の形態のリードフレームおよびそれを用いる樹脂封止型半導体装置はP−QFPに比較して外部端子4が樹脂封止型半導体装置底面に存在するため小型化が可能である。 FIG. 2 shows a resin-encapsulated semiconductor device using the lead frame of FIG. 1 and is called P-QFN (Plastic Quad Flat Non-Leaded Package) or P-ILGA (Plastic Interstitial Land Grid Array Package). The lead frame of the present embodiment and the resin-encapsulated semiconductor device using the lead frame can be reduced in size because the external terminals 4 are present on the bottom surface of the resin-encapsulated semiconductor device as compared with P-QFP.
本実施の形態の樹脂封止型半導体装置は、半導体素子10からの放熱を助長する放熱部材2と、放熱部材2の周囲に配置され、半導体素子10と金属細線11により電気的に接続するインナーリード部3と、インナーリード部3の対向面となる底面の一部である外部端子4と、放熱部材2の上部の半導体素子10が搭載される領域に半導体素子10を保持する保持部5と、保持部5は半導体素子10の面積よりも小さく、放熱部材2に開口部6を設け、開口部6は半導体素子10を保持する保持部5の面積よりも大きく、保持部5が頭頂部になるように吊りリード7がアップセット8され、アップセット8された保持部5は放熱部材2の開口部6に嵌めこまれ、放熱部材2上面より高く位置した保持部5に半導体素子10が搭載され、前記半導体素子10の電極パッドと前記インナーリード部3とが金属細線11で接続され、前記半導体素子10、放熱部材2、インナーリード部3、および金属細線11の接続領域の外囲が封止樹脂12によりモールドされ、前記インナーリード部3の底面が外部端子4となり露出している樹脂封止型半導体装置である。
The resin-encapsulated semiconductor device of the present embodiment includes a
この構成により、放熱部材2を樹脂封止型半導体装置内に収めるため、高放熱性の実現と同時に、基板実装する際に樹脂封止型半導体素子直下においても基板の配線に自由度を持たせることが可能となる。
With this configuration, the
さらには、放熱部材2にテーパー部9を設けることで吊りリード7の傾斜部に前記放熱部材2を密着することができ、なおかつ、吊りリード7をアップセット8することで半導体素子10の上下における封止樹脂の体積を均等にすることが可能となり、樹脂封止後の樹脂成形品の反りを抑制できるため、リードの加工成形が容易であり、外部端子の平坦度を向上させることができる。
Furthermore, by providing the
また、これらのリードフレームを用いて、特に放熱部材2と半導体素子10の裏面との間が、200μm以下の厚みの樹脂層で絶縁されていることを特徴とした樹脂封止型半導体装置を製造することができる。半導体素子10からの放熱を薄い樹脂層を挟んで放熱板2へ放散する。また放熱部材2と半導体素子10の裏面の前記薄い樹脂層は半導体素子10裏面や放熱板2の界面剥離を最小限に抑制できる。これは、前記薄い樹脂層が200μm以下であれば熱放散を充分効果的に伝えることが可能なためである。
Also, a resin-encapsulated semiconductor device is manufactured using these lead frames, in particular, the
次に、実施の形態1における樹脂封止型半導体装置の製造方法を図3を用いて説明する。
まず、図3(a)の本実施の形態における樹脂封止型半導体装置の平面図および図3(a)のD−D1箇所の断面図(b)に示すように、フレーム枠1と前記フレーム枠内に、半導体素子10からの放熱を助長する放熱部材2と、前記放熱部材2の周囲に配置され、半導体素子10と金属細線等の接続手段により電気的に接続するインナーリード部3と、前記インナーリード部3の対向面となる底面の一部である外部端子4とよりなり、前記放熱部材2の上部の半導体素子10が搭載される領域に半導体素子10を保持する保持部5と、前記保持部5は半導体素子10の面積よりも小さく、前記放熱部材2に開口部6を設け、その開口部6は半導体素子10を保持する保持部5の面積よりも大きく、前記保持部5は吊りリード7によってフレーム枠1と連結されており、保持部が頭頂部になるように吊りリード7がアップセットされ、アップセットされた保持部5は放熱部材2の開口部6に嵌めこまれ、放熱部材2上面より保持部5上面を高く位置させたリードフレームを用意する。
Next, a method for manufacturing the resin-encapsulated semiconductor device in the first embodiment will be described with reference to FIG.
First, as shown in a plan view of the resin-encapsulated semiconductor device in the present embodiment in FIG. 3A and a cross-sectional view of a D-D1 portion in FIG. A
次に、図3(c)に示すように、用意したリードフレームに半導体素子10を接着剤により保持部5に接続する。
次に、図3(d)に示すように、半導体素子10の電極パッドとインナーリード部3を金属細線11により接続する。
Next, as shown in FIG. 3C, the
Next, as shown in FIG. 3D, the electrode pad of the
最後に、図3(e)に示すように、封止シートをリードフレームに密着させた状態で、前記リードフレーム上の半導体素子10、放熱部材2、インナーリード部3及び金属細線11の接続領域の各外囲を封止樹脂12に封止する。
Finally, as shown in FIG. 3E, the connection region of the
このように製造することにより、封止後は封止樹脂12の底面から外部端子4が露出し、放熱部材2は封止樹脂内に内蔵された構成となる。
図4(a),(b),(c)は前記封止工程における封止樹脂の流れを示す図である。
By manufacturing in this way, after sealing, the external terminals 4 are exposed from the bottom surface of the sealing
4A, 4B, and 4C are views showing the flow of the sealing resin in the sealing step.
樹脂封止する際、リードフレーム上の半導体素子10、放熱部材2、インナーリード部3および金属細線11の接続領域の各外囲を封止樹脂12によりモールドする過程において、図4(a),(b),(c)が図示するように、まず、図3(d)工程までの半完成品のリードフレームを封止シート22を介して上封止金型13と下封止金型14に挟み込むように載置する。次に、ポット15内に投入されたタブレット形状の熱硬化性のエポキシ樹脂をプランジャー16で押し込む。押し込まれたエポキシ樹脂はあらかじめ150〜200℃に熱せられたポット15、プランジャー16および封止金型13、14の熱により液状に溶融し、ランナー17を通って、ゲート18より樹脂封止型半導体装置の製品部に注入される。樹脂の流れは、吊りリードをアップセットしていることで、半導体素子10の上側と下側の封止樹脂の流動を均等にし、ゲート18に対向するエアベンド19付近にて上下の封止樹脂を合流させ、半導体素子10の下面または上面にエアの残留、すなわち封止樹脂の未充填やボイド等の成形品欠陥を防止することを実現するものである。
In the process of molding each outer periphery of the connection region of the
ここで、吊りリード曲げ量を変化させ、アップセット量8を調整することで、半導体装置内における厚み方向である、放熱部材2と半導体素子10に対する上下の樹脂厚みのバランスを取り、樹脂の流れを均一にできる。さらに、放熱部材2と半導体素子10の間隙に200μm以下の均一な樹脂層を形成できる。放熱部材2と半導体素子10の間隙の樹脂厚みは実際には50μm〜100μmに制御される。50μm以下では樹脂が充分に放熱部材2と半導体素子10の間隙に充填しきらず、放熱部材2と半導体素子10当接する。また、放熱部材2と半導体素子10の間隙が200μmより大きくなると半導体素子10より発した放熱がより効率的に放熱部材2へ伝播しない。
Here, the amount of bending of the suspension lead is changed, and the
また、半導体素子上下の樹脂容積の差異が小さくなり、樹脂封止後に樹脂成形品の反り抑制できるため、リードの加工成形が容易となり、外部端子の平坦度を向上させ、品質、信頼性を向上させることができる。
(実施の形態2)
次に、実施の形態2として、放熱板内蔵型のP−QFP(Plastic Qaud Flat Package)における実施の形態について説明する。
In addition, the difference in resin volume between the upper and lower sides of the semiconductor element is reduced, and the warpage of the resin molded product can be suppressed after resin sealing, facilitating the processing and molding of leads, improving the flatness of external terminals, and improving quality and reliability. Can be made.
(Embodiment 2)
Next, as a second embodiment, an embodiment in a P-QFP (Plastic Qaud Flat Package) with a built-in heat sink will be described.
図5(a)は本発明の実施の形態2におけるリードフレームを示す平面図である。図5(b)は本実施形態のリードフレームの底面図である。また図9、図10は放熱部材の開口部を別形状に開口した例を示す図である。
FIG. 5A is a plan view showing a lead frame according to
本発明の実施の形態2におけるリードフレームは、銅合金または42アロイ(Fe−Ni)等を材料とする通常のリードフレームに用いられている金属板よりなり、厚みは0.10mmから0.20mm程度である、また放熱板は銅合金よりなり同様な厚みで形成される。 The lead frame according to the second embodiment of the present invention is made of a metal plate used for a normal lead frame made of copper alloy or 42 alloy (Fe—Ni) or the like, and has a thickness of 0.10 mm to 0.20 mm. The heat sink is made of a copper alloy and has a similar thickness.
リードフレームの構成はフレーム枠1と、そのフレーム枠1内に、半導体素子10から発熱する熱の放熱機能を有する放熱部材2と、半導体素子10の保持部5と、前記保持部5を放熱部材2に固定している吊りリード7と、放熱部材2の周辺に先端部が配置されたビーム状のインナーリード部3と複数の前記インナーリード3をダムバー20で枠状に連結固定し、樹脂封止の際の樹脂止めとなる前記ダムバー20を挟んで延在し、外部との電気的に接続するためのアウターリード部21とより構成されている。なお、放熱部材2はポリイミド樹脂によりインナーリード部3の先端部底面と加熱接着されており、本実施形態では放熱部材2の上面全体にポリイミド樹脂を形成し、約300〔℃〕で加熱して接着したものである。
The lead frame is composed of a frame frame 1, a
そして詳細には、本実施の形態におけるリードフレームの放熱部材2上部において、半導体素子10が搭載される領域に、半導体素子10を保持する保持部5を、放熱部材2上面の中央部に吊りリード7によって配置する。前記保持部5は半導体素子10の面積よりも小さく、前記保持部5直下の放熱部材2に開口部6を設け半導体素子10を保持する保持部5の面積よりも大きくなるように、図5、図9、図10に示されるような形状の放熱部材2の開口部6を設けている。
Specifically, in the upper part of the
ここで、図5では保持部5は4本の吊りリード7で支持されているが2本や3本でも良い。例えば、樹脂注入側の吊りリード1本を無くすことで樹脂注入時の樹脂流動性を良くし、ボイド(気泡)や未充填の発生率を改善できる。また、半導体素子10からの放熱性を向上させるため吊りリード7の底面と放熱部材2の表面は、インナーリード3と同様に接着されていても良い。さらに、接着されている場合は樹脂注入時の樹脂流動性を良くするため吊りリード7とダムバー20の連結部は切除されていても良い。
Here, in FIG. 5, the holding
また、放熱部材2上において、半導体素子10を保持する保持部5は、必要に応じて、半導体素子10と金属細線等の接続手段により電気的に接続するインナーリード3の面よりも、上面に位置している(図12参照)。
In addition, on the
ここで、通常、放熱部材2を有しない半導体装置は、保持部5をインナーリード3の面よりも下面に位置している。しかしながら、本実施の形態では吊りリード曲げ量を変化させ、アップセット量8を調整することで保持部5をインナーリード3の面よりも、上面に位置させ、半導体装置内における厚み方向である、放熱部材2と半導体素子10に対する上下の樹脂厚みのバランスを取り、樹脂の流れを均一にできる。さらに、放熱部材2と半導体素子10の間隙に均一な樹脂層を形成する。これは、半導体素子10と放熱部材2が当接する事によって、樹脂の流れを阻害し、ボイド(エアたまり)や耐湿性が劣化することを防ぐためである。また、放熱部材2と半導体素子10の間隙の樹脂厚みは実際にはインナーリードの厚み+アップセット量8に制御される。
Here, normally, in a semiconductor device that does not have the
また、本発明の実施の形態2におけるリードフレームの表面には、ニッケル(Ni)めっき層、パラジウム(Pd)めっき層、金(Au)めっき層の3層でめっき層を構成したり、または、錫−銀(Sn−Ag)、錫−ビスマス(Sn−Bi)等のはんだめっきが部分的に施されている。めっきの厚みはAuめっき、Pdめっきでは1μm以下、Agめっきで数μm以下である。 In addition, on the surface of the lead frame in the second embodiment of the present invention, a plating layer is constituted by three layers of a nickel (Ni) plating layer, a palladium (Pd) plating layer, and a gold (Au) plating layer, or Solder plating such as tin-silver (Sn-Ag) and tin-bismuth (Sn-Bi) is partially applied. The thickness of plating is 1 μm or less for Au plating and Pd plating, and several μm or less for Ag plating.
また、本発明の実施の形態2におけるリードフレームは、図5,図9,図10に示したようなパターンのうち1つより成るものではなく、左右・上下に連結して形成することもできる。 In addition, the lead frame according to the second embodiment of the present invention is not composed of one of the patterns as shown in FIGS. 5, 9, and 10, but can be formed by connecting to the left, right, up and down. .
図6は本発明の実施の形態2における樹脂封止型半導体装置を示す平面図および断面図である。
便宜上理解しやすいように、図6(a)平面図の半導体素子10の右半分を透過した図としている。また、図7は本発明の実施の形態の樹脂封止型半導体装置の製造工程を示す工程断面図であり、図8(a)、(b)、(c)は樹脂封止工程における樹脂の流れを示す図である。
6A and 6B are a plan view and a cross-sectional view showing a resin-encapsulated semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
For easy understanding, the right half of the
以下、製造工程を説明する。
まず、本発明の実施の形態2におけるリードフレームの保持部5に接着剤で半導体素子10を搭載し、接着剤を熱硬化する。接着剤はAgフィラーを含有したエポキシ樹脂主体のものが使用される。次に、金属細線11で半導体素子10の電極パッドと各インナーリード3を接続する。金属細線11は金(Au)純度、99.99%以上、直径15〜30μmの範囲が主となり、ワイヤーボンダーによる超音波・熱圧着方法で接合する。図示していないが、リードフレームを180℃から250℃のヒータープレート上で熱しながら、キャピラリーツールに金属細線11を通しておき、超音波振動と荷重を付加して、半導体素子10の電極パッド側にあらかじめ形成した金属ボールを押しつけ接合し、インナーリード3側まで移動し、キャピラリーツールで金属細線11を押しつけてちぎる。このとき金属細線8が任意のループ形状(ループ高さ)となるようにキャピラリーツールの動きをワイヤーボンダー側でコントロールする。
Hereinafter, the manufacturing process will be described.
First, the
樹脂封止する際、リードフレーム上の半導体素子10、放熱部材2、インナーリード部3及び金属細線11の接続領域の各外囲を封止樹脂12によりモールドする過程において、図8(a)、(b)、(c)に図示するように、図7(b)工程までの半完成品のリードフレームを上封止金型13と下封止金型14に挟み込むように載置する。ポット15内に投入されたタブレット形状の熱硬化性のエポキシ樹脂をプランジャー16で押し込む。押し込まれたエポキシ樹脂はあらかじめ150〜200℃に熱せられたポット15、プランジャー16および封止金型13、14の熱により液状に溶融し、ランナー17を通って、ゲート18より樹脂封止型半導体装置の製品部に注入される。樹脂の流れは放熱部材2の上側の封止樹脂と下側の封止樹脂を半導体素子10の直下において合流させ、樹脂封止を行うことができる。このため、放熱部材2上下の封止樹脂先端流動の差異を低減でき、放熱部材2下面において樹脂流動速度が減速するのを補間することができ、封止樹脂の未充填やボイド等の成形品欠陥を防止することを実現するものである。
In the process of molding each outer periphery of the connection region of the
特に、本実施の形態のおける半導体装置(QFP)の製造方法では、放熱部材2と半導体素子10裏面の間隙に、半導体装置内の樹脂充填時に部分的な遅延なく樹脂を充填することができ、ボイド(エアたまり)や放熱部材2と半導体素子10が当接することを防ぐ。
In particular, in the semiconductor device (QFP) manufacturing method in the present embodiment, the gap between the
図7(c)に示すように、前述の樹脂封止工程が終了した後、ダムバー20の部分で、封止樹脂12の境界部をリードカット(ダムバーカット)し、各アウターリード部21を分離し、フレーム枠1を除去するとともに、アウターリード部21を加工成形する。図のように2段階段形状のアウターリード部21の形状をガルウィングと呼び、樹脂封止型半導体装置の呼称として、P―SOP(Plastic Small Outline Package)やP−QFP(Plastic Qaud Flat Package)などと呼ばれている。
As shown in FIG. 7C, after the above-described resin sealing step is completed, the boundary portion of the sealing
図9、10は本発明の実施の形態2におけるリードフレームを示す平面図である。また図9、図10は図5の放熱部材の開口部を別形状に開口した実施例である。
このように開口部を別形状にすることで封止樹脂12と放熱部材2の剥離進行と樹脂の流動に差異を与える効果を有する。
9 and 10 are plan views showing a lead frame according to the second embodiment of the present invention. 9 and 10 show an embodiment in which the opening of the heat dissipating member of FIG. 5 is opened in a different shape.
Thus, it has the effect which gives a difference in the peeling progress of the sealing
図11、12は本発明の実施の形態2における樹脂封止型半導体装置を示す断面図である。図11に対して図12は半導体素子10の保持部にアップセット8加工を施してある。
11 and 12 are sectional views showing a resin-encapsulated semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. In contrast to FIG. 11, in FIG. 12, upset 8 processing is applied to the holding portion of the
図12のように保持部5をインナーリード部3の面よりも高く位置させることにより、放熱部材2上下の樹脂流動を制御可能とする。これは封止成形条件や半導体素子10のサイズにより、そのアップセット量8の最適設計値が決まるものである。半導体素子10のサイズが大きくなる場合や、半導体素子10を2段積層する場合などは、放熱板2の上部の樹脂流動は遅くなる。逆に、半導体素子10のサイズが小さくなる場合は放熱板2の上部の樹脂流動は速くなる。この放熱部材2上下の樹脂流動の差異をアップセット量8の最適設計値で調整し、放熱部材2や半導体素子10の樹脂封止型半導体装置内における厚み方向のシフト(変位)を抑制し、結果、成型後の反りや金属細線露出を抑制できる。
As shown in FIG. 12, the resin flow above and below the
以上のように、本実施の形態2の樹脂封止型半導体装置は、放熱部材2によって放熱部材2上下の封止樹脂12が完全に仕切られることがないため、放熱部材2上下の封止樹脂12の容積違いにより、反りが発生するのを緩和でき、樹脂封止型半導体装置の反り等の封止成形品質を向上できるものである。このことにより、樹脂封止型半導体装置の反りが低減され、アウターリード部21の成形が容易になる。また、放熱部材2に半導体素子10を接着剤等で固定しないで、半導体素子10を封止樹脂12に接触する面積を増やすため、保持部10と半導体素子7を接合する接着剤による応力発生等を著しく低減し、パッケージクラックを防止し、信頼性の高い樹脂封止型半導体装置である。
As described above, in the resin-encapsulated semiconductor device according to the second embodiment, the sealing
図13は本発明の実施の形態2における樹脂封止型半導体装置を示す断面図および底面図である。
図13(a)、(b)に示すように放熱部材2を樹脂封止型半導体装置の底面に露出させることによって、実装基板へ直接的に熱を放熱する構成にすることも可能である。また樹脂封止型半導体装置を薄くすることも可能である。例えば、樹脂封止型半導体装置のボディ厚を0.80mmとして、取り付け高さを1.00mm以下とすることでP―VSOP(Plastic Very Thin Small Outline Package)やP−VQFP(Plastic Very Thin Qaud Flat Package)の実現が可能となる。
FIG. 13 is a cross-sectional view and a bottom view showing the resin-encapsulated semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
As shown in FIGS. 13A and 13B, by exposing the
以上、本発明のリードフレームを用いる樹脂封止型半導体装置およびその製造方法により、放熱特性を有し、基板実装する際に樹脂封止型半導体素子直下においても基板の配線に自由度を持たせることが可能となるとともに、封止成形品の反りや未充填などの品質を向上させ、同時に耐湿性を向上させ、またパッケージクラックを防止し、信頼性を向上させた樹脂封止型半導体装置を実現することができる。 As described above, the resin-encapsulated semiconductor device using the lead frame of the present invention and the manufacturing method thereof have heat dissipation characteristics, and when the substrate is mounted, the wiring on the substrate has a degree of freedom even immediately below the resin-encapsulated semiconductor element. A resin-encapsulated semiconductor device with improved reliability, such as improved quality such as warping and unfilling of sealed molded products, at the same time improving moisture resistance, preventing package cracking Can be realized.
本発明にかかるリードフレームを用いる樹脂封止型半導体装置およびその製造方法は、ダイパッドが位置する直下の基板に配線することができるリードフレームを提供することができ、また、封止樹脂の未充填やボイド等の成形品欠陥が発生し難く、リードの加工成形が容易であり、外部端子の平坦度を向上させることができ、放熱特性を要求される樹脂封止型半導体装置およびその製造方法等に有用である。 The resin-encapsulated semiconductor device using the lead frame and the manufacturing method thereof according to the present invention can provide a lead frame that can be wired to a substrate immediately below where the die pad is located, and is not filled with an encapsulating resin. Resin-encapsulated semiconductor devices that are less likely to cause defects in molded products such as metal and voids, that are easy to process and form leads, that can improve the flatness of external terminals, and that require heat dissipation characteristics, and methods for manufacturing the same Useful for.
1 フレーム枠
2 放熱部材
3 インナーリード部
4 外部端子
5 保持部
6 開口部
7 吊りリード
8 アップセット
9 テーパー部
10 半導体素子
11 金属細線
12 封止樹脂
13 上封止金型
14 下封止金型
15 ポット
16 プランジャー
17 ランナー
18 ゲート
19 エアベンド
20 ダムバー
21 アウターリード部
22 封止シート
101 ダイパッド部
102 半導体素子
103 インナーリード部
104 金属細線
105 封止樹脂
106 外部端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記保持部に搭載した半導体素子と、
前記保持部の周囲に配置され、前記半導体素子と金属細線により電気的に接続されるリード部と、
外部と電気的に接続するための外部端子と、
前記保持部の面積よりも大きい開口部を有して、前記リード部の底面と接着された放熱部材と、
前記保持部、前記半導体素子および前記金属細線を封止する封止樹脂とからなり、
前記保持部の直下に前記放熱部材の前記開口部が位置することを特徴とする樹脂封止型半導体装置。 A holding portion connected to the suspension lead and having a smaller area than the semiconductor element and holding the semiconductor element;
A semiconductor element mounted on the holding part;
A lead portion disposed around the holding portion and electrically connected to the semiconductor element by a thin metal wire;
An external terminal for electrical connection with the outside;
A heat dissipating member having an opening larger than the area of the holding part and bonded to the bottom surface of the lead part,
It consists of a sealing resin that seals the holding part, the semiconductor element, and the thin metal wire,
The resin-encapsulated semiconductor device, wherein the opening of the heat radiating member is located immediately below the holding portion.
前記保持部に前記半導体素子を接着剤により接合する工程と、
前記半導体素子とリード部を金属細線により電気的に接続する工程と、
前記保持部、前記半導体素子および前記金属細線を封止樹脂により封止する工程とからなり、
前記封止樹脂により封止する工程で、前記半導体素子の直下においては前記放熱部材の下側の前記封止樹脂を前記放熱部材の前記開口部より侵入させ、前記放熱部材の上側より侵入する前記封止樹脂とを合流させることを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法。 A frame frame, a frame lead connected to the frame frame and having a smaller area than a semiconductor element, a holding part for holding the semiconductor element, a lead part arranged around the holding part, and an area of the holding part A step of preparing a lead frame having a large opening and a heat dissipation member bonded to the bottom surface of the lead portion;
Bonding the semiconductor element to the holding portion with an adhesive;
Electrically connecting the semiconductor element and the lead portion with a fine metal wire;
The step of sealing the holding portion, the semiconductor element and the fine metal wire with a sealing resin,
In the step of sealing with the sealing resin, immediately below the semiconductor element, the sealing resin on the lower side of the heat radiating member enters from the opening of the heat radiating member, and enters from the upper side of the heat radiating member. A method for manufacturing a resin-encapsulated semiconductor device, comprising: joining a sealing resin.
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